專利名稱：活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開主要涉及通風(fēng)口和用于控制通風(fēng)口的方法，例如在加熱，通 風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)中使用的那些通風(fēng)口。本公開特別專注于具有活性材料 的通風(fēng)口 。
背景技術(shù)：
加熱，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)，例如可在才幾動(dòng)車輛內(nèi)發(fā)現(xiàn)的那些系統(tǒng)， 通常包括用于控制空氣分配的多個(gè)通風(fēng)口 。機(jī)動(dòng)車輛的通風(fēng)口通常具有 兩組平行葉片，其中每組葉片都垂直于另一組，以使得一組影響機(jī)動(dòng)車 輛內(nèi)部空間內(nèi)的水平氣流分配而另 一組影響垂直氣流分配。才幾動(dòng)車駕駛 員或乘客可以利用滑桿，按鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等手動(dòng)調(diào)節(jié)葉片的朝向。但是， 這樣的手動(dòng)操作對(duì)于某些駕駛員(由于年齡，身體狀況等原因)可能是 很困難的并且可能會(huì)將注意力從路面分散。
因此，存在對(duì)于改進(jìn)通風(fēng)口和用于自動(dòng)控制通風(fēng)口的方法的需求以 使得對(duì)機(jī)動(dòng)車輛使用者能夠?qū)崿F(xiàn)更好的便利性和可操作性。

發(fā)明內(nèi)容
本文中公 開的是根據(jù)各示范性實(shí)施例的活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口 。在 一個(gè)實(shí)施例中， 一種通風(fēng)口包括設(shè)置成用于空間移動(dòng)的葉片，和與葉片 有效連通的設(shè)置成用于沿至少一個(gè)方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的至少一個(gè)致動(dòng) 器，其中致動(dòng)器包括設(shè)置成用于在收到激活信號(hào)時(shí)經(jīng)歷至少一種性質(zhì)的 改變的活性材料，其中至少一種性質(zhì)的改變對(duì)于選擇性地改變?nèi)~片的朝 向是有效的。
一種用于控制機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)氣流狀態(tài)的方法，包括激活與設(shè)置成用于 空間移動(dòng)的葉片有效連通的致動(dòng)器內(nèi)的活性材料，其中活性材料被設(shè)置 成用于在收到激活信號(hào)時(shí)經(jīng)歷一種性質(zhì)的改變，其中這種性質(zhì)的改變對(duì)
于選擇性地改變?nèi)~片的朝向是有效的；和改變?nèi)~片的朝向。
在另一個(gè)實(shí)施例中， 一種用于機(jī)動(dòng)車輛通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)口，包括設(shè)置成用于樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的至少一個(gè)葉片，與葉片有效連通并設(shè)置成用于沿多 個(gè)方向空間移動(dòng)葉片的至少一個(gè)致動(dòng)器，其中致動(dòng)器包括設(shè)置成用于在 收到熱信號(hào)時(shí)經(jīng)歷長(zhǎng)度尺寸收縮的形狀記憶合金部件，其中長(zhǎng)度尺寸的 收縮對(duì)于選擇性地改變兩個(gè)或更多個(gè)葉片的朝向是有效的，與形狀記憶 合金有效連通的設(shè)置成用于防止形狀記憶合金過(guò)栽的行程調(diào)節(jié)器，與葉 片和致動(dòng)器有效連通的擋板，其中擋板包括第二形狀記憶合金和返回才幾 構(gòu)，其中第二形狀記憶合金被設(shè)置成用于在收到第二熱信號(hào)時(shí)經(jīng)歷長(zhǎng)度 尺寸的收縮，其中長(zhǎng)度尺寸的收縮對(duì)于將擋板從收起位置轉(zhuǎn)換到展開位 置是有效的，而返回機(jī)構(gòu)被設(shè)置成用于將擋板送回收起位置，和設(shè)置成 用于提供選定的第一和/或第二熱信號(hào)的激活裝置。
上述以及其他的特征將通過(guò)隨后的附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)行舉例 說(shuō)明。


現(xiàn)參照附圖，附圖表示示范性的實(shí)施例，并且其中相似的部件用相
同的附圖標(biāo)記表示
圖l是一種活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口的示意圖2是一種活性材料致動(dòng)器的示意圖3是圖2中的致動(dòng)器運(yùn)行時(shí)的示意圖4是通風(fēng)口內(nèi)擋板的示意圖；和
圖5是一種活性材料啟動(dòng)的擋板的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本文中介紹了通風(fēng)口及其使用方法。與現(xiàn)有的通風(fēng)口相比，本文中 公開的通風(fēng)口有利地是自驅(qū)動(dòng)的，意思是說(shuō)它們不需要被手動(dòng)調(diào)節(jié)。本 公開進(jìn)一步公開了使用活性材料的通風(fēng)口。更進(jìn)一步地，本公開公開了 用于對(duì)從通風(fēng)口例如可在機(jī)動(dòng)車輛，家庭或辦公室中發(fā)現(xiàn)的加熱，通風(fēng)， 和空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通風(fēng)口送出空氣的分配(流量和/或方向)進(jìn)行活性材 料啟動(dòng)控制的方法。有利地，調(diào)節(jié)通風(fēng)口所需的作用力對(duì)于各種年齡， 身體狀況，和身高的使用者都能夠明顯降低。在另一個(gè)有利的方面，通 風(fēng)口內(nèi)葉片的朝向在動(dòng)力故障或者如果通風(fēng)口使用者愿意手動(dòng)調(diào)節(jié)的 情況下也可以被手動(dòng)控制。本文中所用的術(shù)語(yǔ)"活性材料"通常指的在 施加激活信號(hào)時(shí)表現(xiàn)出某種性質(zhì)例如晶體結(jié)構(gòu)，材料形態(tài)，尺寸，形狀， 物相，朝向，模量，硬度等的改變的材料。適用的活性材料包括但不限于，形狀記憶合金(SMA)，鐵磁形狀記憶合金(MSMA)，形狀記憶聚合物(SMP)，壓電材料，電活性聚合物(EAP)，磁流變(MR)材料(包括流體，浸漬泡沫材料和彈性體)，電流變(ER)材料(包括流體，浸漬泡沫材料和彈性體)，等等。根據(jù)特定的活性材料，激活信號(hào)可以采取但不限于以下形式電流，電場(chǎng)(電壓)，溫度變化，電磁場(chǎng)，光學(xué)信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)，聲場(chǎng)，機(jī)械負(fù)載或壓力，等等。
另外，如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"第一"，"第二，，等并不表示任何的順序和重要性，而是被用于將一個(gè)部件和另一個(gè)部件加以區(qū)分，而術(shù)語(yǔ)"這個(gè)"，"一，，和"一個(gè)"并不表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示至少一個(gè)所提及部件的存在。和數(shù)量連用的修飾詞"大約，，是包括所述數(shù)值的并具有由上下文規(guī)定的含義(例如，包括與特定數(shù)量的測(cè)量值相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。而且，本文中公開的所有數(shù)值范圍都包含端點(diǎn)并可獨(dú)立組合。
在圖1中示出了一種示范性的通風(fēng)口，并總體地用附圖標(biāo)記10表示。通風(fēng)口 10包括設(shè)置成用于空間移動(dòng)(例如樞軸轉(zhuǎn)動(dòng))的一 (也就是至少一個(gè))葉片。如該圖所示，通風(fēng)口 10包括一組基本平行的葉片16。與該組平行葉片16有效連通的是致動(dòng)器12。在從激活裝置18收到激活信號(hào)時(shí)，致動(dòng)器12引起兩個(gè)或多個(gè)葉片16的組朝向的改變，導(dǎo)致來(lái)自通風(fēng)口 10的氣流狀態(tài)的改變。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"狀態(tài)"通常是為了表示但不限于流量，空間分配，體積，速度，溫度，等等。
可選地，通風(fēng)口 10可以具有第二組基本平行的葉片19。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖l所示，第二組葉片19垂直于第一組葉片16。第二組葉片19與設(shè)置成用于在從相同的激活裝置18或第二激活裝置(未示出)收到激活信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)第二組葉片19朝向改變的第二致動(dòng)器"有效連通。
致動(dòng)器12 (和/或14)可以是機(jī)電式致動(dòng)器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或基于活性材料的致動(dòng)器。在空間有限的機(jī)動(dòng)車輛應(yīng)用中，希望致動(dòng)器l2和激活裝置18足夠小以使得它們不會(huì)明顯增加整個(gè)通風(fēng)口 10的尺寸。而且，還希望致動(dòng)器12以靜音方式操作。因此，在一個(gè)示范性實(shí)施例中，致動(dòng)器12包括活性材料。
圖2中示出了一種示范性活性材料致動(dòng)器U。盡管以SMA材料作為參考，但是應(yīng)該理解任何上述的活性材料都可以被單獨(dú)使用或與其他材料結(jié)合使用。而且，下面將對(duì)關(guān)于前文列出的每種活性材料的操作和性質(zhì)的附加信息進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。致動(dòng)器12與葉片16有效連通并被設(shè)置成用于沿包括打開和關(guān)閉通風(fēng)口 IO的多個(gè)方向移動(dòng)葉片。葉片16可以通過(guò)葉片40被手動(dòng)操作，通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片16所連接的滑輪34也可以有效的移動(dòng)葉片16。
致動(dòng)器12能夠利用兩組對(duì)立設(shè)置的子致動(dòng)器來(lái)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)葉片16，每組子致動(dòng)器都包括至少兩個(gè)二元子致動(dòng)器(20， 22， 24和26 )。每個(gè)二元子致動(dòng)器都可以被獨(dú)立地或者與一個(gè)或多個(gè)其他的子致動(dòng)器同步地激活或解除激活。在本實(shí)施例中，每個(gè)對(duì)立組中的二元子致動(dòng)器(20,22,24,26 )被彼此串聯(lián)的機(jī)械連接。 一個(gè)功能性二元子致動(dòng)器僅
具有其能夠重復(fù)到達(dá)的兩個(gè)位置；在此情況下子致動(dòng)器能夠僅在兩個(gè)行程長(zhǎng)度之間重復(fù)轉(zhuǎn)換。為了舉例說(shuō)明的目的將SMA金屬線用作二元子致動(dòng)器。SMA金屬線20和22處于其低硬度相，也就是處于完全孿晶馬氏體相(M+-M—)且具有能夠被輕易拉伸的特征長(zhǎng)度L并被示為起伏的，類似于彈簧的曲線。SMA金屬線24和26處于完全退孿晶馬氏體相(kf)或部分退孿晶馬氏體相(Nf〉r)并具有特征長(zhǎng)度1/ (>L)。因此，SMA金屬線24和26需要更大的作用力來(lái)拉伸并被示為直線。
行程調(diào)節(jié)器28與SMA金屬線有效連通并被設(shè)置成用于限制SMA金屬線的伸展和收縮并用于通過(guò)將金屬線的應(yīng)變和/或經(jīng)受的作用力限制為可允許值來(lái)防止金屬線的過(guò)載和/或過(guò)度應(yīng)變。而且，行程調(diào)節(jié)器28對(duì)SMA金屬線的行程長(zhǎng)度提供了精確的調(diào)節(jié)能力。行程調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括連接珠28b和過(guò)載保護(hù)及行程調(diào)節(jié)器框架28c。 SMA金屬線20和22在一端通過(guò)被固定至靜止表面44而被固定就位。在相對(duì)端，SMA金屬線20和22通過(guò)連接部件30分別被連接至SMA金屬線24和26。連接部件30可以是適合用于連接兩組SMA金屬線的任何部件，例如但不限于，鋼絲或Kevlar線，巻曲線，等等。每個(gè)連接部件都可以被設(shè)計(jì)成用于將彼此連接的子致動(dòng)器與框架/地面之間熱和/或電絕緣。附加的連接部件30被纏繞在與小齒輪36有效連通的滑輪34上。小齒輪36驅(qū)動(dòng)與杠桿40有效連通的齒輪38。 SMA金屬線能夠向任意方向驅(qū)動(dòng)杠桿40,例如圖示的三個(gè)方向居中(實(shí)線)，左側(cè)(虛線)或右側(cè)(虛線)。致動(dòng)器12與通風(fēng)口 10的葉片組16在42處有效連通。
由葉片40，齒輪38，小齒輪36和滑輪34形成的"傳動(dòng)機(jī)構(gòu)"被設(shè)計(jì)為使得在葉片40末端施加的手動(dòng)作用力(F)能夠反向驅(qū)動(dòng)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以造成SMA金屬線20和22的帶有作用力的伸展，該作用力的大小 與在沒(méi)有SMA金屬線時(shí)手動(dòng)操作杠桿所需的作用力相當(dāng)。這在負(fù)載杠桿 處給致動(dòng)器12賦予了所謂的"反向驅(qū)動(dòng)能力"，如果在手動(dòng)超控期間沒(méi) 有SMA金屬線被激活的話，該能力允許輕松的手動(dòng)超控SMA金屬線。
圖3示出了處于居中位置(如圖3A所示)和左側(cè)位置(如圖3B所 示)的致動(dòng)器12。為了簡(jiǎn)單起見，手動(dòng)部件，也就是小齒輪36，齒輪 38和杠桿40已被移除。在居中位置，滑輪34兩側(cè)的兩組SMA金屬線 20-24和22-26的總長(zhǎng)度都等于L+l/ 。 SMA金屬線被設(shè)置為具有對(duì)應(yīng)于 長(zhǎng)度L的很小的預(yù)應(yīng)變e ;和對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度I/的應(yīng)變e ,其中e大于e 。。 為了將滑輪34旋轉(zhuǎn)至左側(cè)位置(在滑輪34上用圖3A中的虛線和圖3B 中的實(shí)線表示)，SMA金屬線20和24被加熱至高于奧氏體完成溫度。SMA 金屬線可以利用相同的熱信號(hào)(也就是激活裝置18 )被單獨(dú)加熱或一起 加熱。SMA金屬線20中將不會(huì)產(chǎn)生任何變化，因?yàn)樗呀?jīng)處于其完全收 縮長(zhǎng)度。但是，SMA金屬線24經(jīng)歷了從M+相到其奧氏體相的轉(zhuǎn)換。在 SMA金屬線24內(nèi)產(chǎn)生使SMA金屬線的長(zhǎng)度尺寸從I/收縮到L的應(yīng)變恢 復(fù)。應(yīng)變恢復(fù)的作用力使SMA金屬線22在M^相內(nèi)從長(zhǎng)度L伸展到1/ 。 現(xiàn)在SMA金屬線22和26的總長(zhǎng)度是21/ 。這大于SMA金屬線20和24 的總長(zhǎng)度2L。由于滑輪34的中心保持距表面"的固定距離，因此滑輪 34必須轉(zhuǎn)向左側(cè)位置。
從居中位置轉(zhuǎn)向左側(cè)位置后，SMA金屬線20和24被冷卻至馬氏體 完成溫度以下，由此它們恢復(fù)為^/_相?；?4以及葉片組16相應(yīng)地 會(huì)保持在左側(cè)位置直到通過(guò)任意SMA金屬線或通過(guò)杠桿40上的手動(dòng)作 用力發(fā)起另一個(gè)朝向改變?yōu)橹?。用這種方式，致動(dòng)器12以及通風(fēng)口10 最終具有所謂的"動(dòng)力關(guān)閉保持特性"。
為了從左側(cè)位置返回到居中位置，SMA金屬線20和22可以^皮加熱 至高于奧氏體完成溫度。SMA金屬線20中將不會(huì)產(chǎn)生任何變化，因?yàn)樗?已經(jīng)處于其完全收縮位置。但是，SMA金屬線22經(jīng)歷了從Nf相到其奧氏 體相的轉(zhuǎn)換。在SMA金屬線22內(nèi)產(chǎn)生使SMA金屬線22的長(zhǎng)度尺寸從I/ 收縮到L的應(yīng)變恢復(fù)。應(yīng)變恢復(fù)的作用力使SMA金屬線24在M^-相內(nèi)從 長(zhǎng)度L伸展到1/ 。現(xiàn)在SMA金屬線22和26的總長(zhǎng)度與SMA金屬線20 和24的總長(zhǎng)度相等。同樣地，由于滑輪34的中心保持距表面44的固 定距離，因此滑輪34必須從左側(cè)位置轉(zhuǎn)向居中位置。為了從居中位置轉(zhuǎn)向右側(cè)位置(未示出)，SMA金屬線22和26必須 被加熱至高于奧氏體完成溫度。概念上，這與從居中位置轉(zhuǎn)向左側(cè)位置 相類似。最終，為了從右側(cè)位置返回居中位置，SMA金屬線20和22必 須被加熱至高于奧氏體完成溫度。概念上，從右側(cè)位置到居中位置的該 旋轉(zhuǎn)與從左側(cè)位置到居中位置的旋轉(zhuǎn)相類似。而且，致動(dòng)器12內(nèi)的活 性材料(在此情況下為SMA金屬線)性質(zhì)上的改變對(duì)于改變?nèi)~片16的 朝向，從而改變水平方向的氣流是有效的。類似地，致動(dòng)器14內(nèi)的SMA 金屬線性質(zhì)上的改變對(duì)于改變?nèi)~片19的朝向，從而改變垂直方向的氣 流是有效的。在機(jī)動(dòng)車輛的實(shí)施例中，葉片16和19中選定的一組的定 向能夠?qū)σ源怪狈绞揭簿褪窍蜍噹敳?，中間，或朝向車輛底板引導(dǎo)空 氣有效。類似地，葉片16和19中選定的另一組的定向能夠?qū)σ运椒?式也就是向乘客和/或駕駛員的左側(cè)，中間，或右側(cè)引導(dǎo)空氣有效。
上述方法使用四個(gè)子致動(dòng)器，其中每個(gè)都只能可重復(fù)地到達(dá)兩個(gè)位 置，以可重復(fù)地將基于活性材料的通風(fēng)口按三種可能的方式定位而不需 要反饋控制。子致動(dòng)器被設(shè)置為兩個(gè)對(duì)立組，其中每一組都包括串聯(lián)機(jī) 械連接的兩個(gè)子致動(dòng)器。按特定的順序激活這些致動(dòng)器的一個(gè)子集能夠 使葉片按三種不同方式定位。本實(shí)施例能夠通過(guò)改變每組中子致動(dòng)器的 數(shù)量和激活順序被推廣為實(shí)現(xiàn)更多或更少的定位。盡管使用了 SMA金屬 線來(lái)舉例說(shuō)明該方法，但是任意其他的活性材料(例如，EAP，壓電材 料，等等)都可以用來(lái)在上述方法中代替SMA金屬線而不會(huì)喪失功能性。
行程調(diào)節(jié)器28的使用允許使任何SMA金屬線分別在長(zhǎng)度L和1/的 兩種結(jié)構(gòu)之間可重復(fù)地循環(huán)而不需要用反饋控制或任何預(yù)先的SMA熱機(jī) 械處理來(lái)降低金屬線內(nèi)的特定預(yù)應(yīng)變。使用行程調(diào)節(jié)器28的另一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是每根SMA金屬線的操作行程可以被限制為其最大操作行程的 一 小部 分(例如，e=0-10%)。由于SMA致動(dòng)器的壽命會(huì)隨著強(qiáng)制應(yīng)變的增加 而明顯降低，因此行程調(diào)節(jié)器允許設(shè)計(jì)人員選擇能夠確保所需壽命的行 程。在本實(shí)施例中，行程調(diào)節(jié)器被用于將金屬線的長(zhǎng)度限制成位于L和 1/之間。例如，行程調(diào)節(jié)器28能夠防止活性材料的過(guò)載和/或過(guò)度應(yīng)變， 以使得如果SMA金屬線被不需要的刺激激活，那么SMA金屬線在隨后被 激活裝置18激活時(shí)將不會(huì)經(jīng)歷過(guò)度應(yīng)變。
圖3C進(jìn)一步示出了行程調(diào)節(jié)器50的一個(gè)示范性實(shí)施例。在本實(shí)施 例中伸展行程調(diào)節(jié)器52和收縮行程調(diào)節(jié)器54被組合為單個(gè)部件。致動(dòng)器金屬線56被穿過(guò)行程限制器58內(nèi)的孔，而珠60用于將致動(dòng)器金屬 線56的末端約束在行程限制器58的約束部件62和63之間。
如本文中所公開的行程調(diào)節(jié)器50包括機(jī)械地平行于致動(dòng)器金屬線 56的彈性部件64。當(dāng)彈性部件64被壓縮加載時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)相連的 SMA金屬線試圖收縮至小于L的長(zhǎng)度時(shí)，彈性部件64的初始硬度大于激 活的A相致動(dòng)器金屬線56的硬度。這用于抑制金屬線的收縮。當(dāng)金屬 線56的收縮行程被彈性部件64限制時(shí)，該部件所承擔(dān)的負(fù)載上升直到 其到達(dá)能夠由金屬線56安全施加的最大負(fù)載即峰值負(fù)載(Fraax《Fa )為 止。如果給SMA金屬線施加的激活信號(hào)過(guò)高以至于其內(nèi)部作用力能夠超 過(guò)F^，那么行程調(diào)節(jié)器50會(huì)試圖通過(guò)劇烈地降低其硬度來(lái)最小化對(duì)金 屬線的破壞。這通過(guò)彈性部件64在負(fù)栽F,下其彈性響應(yīng)超過(guò)限定閾值， 導(dǎo)致其硬度要么保持不變要么如圖3D所示降低而實(shí)現(xiàn)。因此，彈性部 件64能夠?qū)⒅聞?dòng)器金屬線56所承擔(dān)的最大負(fù)載限定在Fraax。
行程調(diào)節(jié)器50在拉緊時(shí)的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于已激活的SMA金屬線的硬 度并且它用于提供對(duì)金屬線超過(guò)長(zhǎng)度1/的延伸的強(qiáng)行阻止。伸展的行程 調(diào)節(jié)器52不再像收縮情況下那樣需要過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，但是如果需要的 話，相同的機(jī)構(gòu)也可以適用于該目的。
對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度L和1/的位置可以利用具有中心孔的螺栓66 ;故準(zhǔn)確調(diào) 節(jié)，金屬線56被從中心孔中穿過(guò)，如圖犯所示。螺栓"被擰入彈性 部件64并且其壓向珠60的頭部68的位置可以相對(duì)于彈性部件64 ;波移 動(dòng)和鎖定就位。使用行程調(diào)節(jié)器的另一個(gè)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)是它可以被用于補(bǔ) 償制造差異，例如，占據(jù)致動(dòng)器金屬線56內(nèi)可能沒(méi)有被切割為所需的 精確尺寸的空隙。
上述活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口和子致動(dòng)器的一種可選方案可以包括 以對(duì)立方式或抵抗例如由偏置彈簧產(chǎn)生的恢復(fù)作用力來(lái)向多個(gè)方向移 動(dòng)葉片的一個(gè)或多個(gè)SMA致動(dòng)器。在本實(shí)施例中，活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)
口的可逆定位通過(guò)4吏用反饋控制實(shí)現(xiàn)。
術(shù)語(yǔ)"激活裝置"通常是為了表示能夠產(chǎn)生激活信號(hào)的裝置，激活 信號(hào)可以例如響應(yīng)直接指令而產(chǎn)生，或者根據(jù)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的某種控制 邏輯響應(yīng)從一個(gè)或多個(gè)傳感器采集的處理數(shù)據(jù)結(jié)果而產(chǎn)生。
盡管為了簡(jiǎn)單起見以金屬線作為參考，但是應(yīng)該理解任何成形的子 致動(dòng)器都可以被用來(lái)取代金屬線。例如，可以使用壓縮彈簧而不是金屬線。類似地，除了旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，可以通過(guò)致動(dòng)器12產(chǎn)生平移輸出動(dòng)作以 驅(qū)動(dòng)滑桿和杠桿組合而不是滑輪。
在本文中公開的活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口 10的操作中，可以使用多 個(gè)控制或激活機(jī)構(gòu)。在一個(gè)機(jī)動(dòng)車輛的實(shí)施例中，用于操作單個(gè)通風(fēng)口 10的控制器也可以被用于控制第二機(jī)動(dòng)車作用部件，例如后視鏡。用這 種方式，控制器能夠與活性材料和/或激活裝置有效連通并控制致動(dòng)器 12或14。例如，能夠?qū)崿F(xiàn)也允許駕駛員單獨(dú)控制左側(cè)(駕駛員側(cè))和 右側(cè)(乘客側(cè))通風(fēng)口 10的四路開關(guān)，以取代只允許駕駛員在左側(cè)和 右側(cè)后視鏡之間切換的雙路開關(guān)。除了開關(guān)，個(gè)別使用者(也就是機(jī)動(dòng) 車駕駛員和乘客)還能夠通過(guò)使用杠桿40來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)口 IO的結(jié)構(gòu)。
如本文中所介紹的多個(gè)通風(fēng)口 10可以;故一起控制。具體地，可以 使用 一個(gè)用于整個(gè)加熱，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的控制器來(lái)同步和控制遍及機(jī) 動(dòng)車輛的空氣的整體分配。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)，按鈕，或類似部件 可以被用于選擇性地給機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)特定通風(fēng)口 10的致動(dòng)器12 (和/或 14)發(fā)送激活信號(hào)。例如，開關(guān)，按鈕，或類似部件可以被用于在只將 空氣分配給駕駛員，只分配給前排乘客，分配給駕駛員和前排乘客，只 分配給后排，只分配給后排的駕駛員側(cè)，只分配給后排的乘客側(cè)，只分 配給窗口，只分配給駕駛員側(cè)的窗口，只分配給乘客側(cè)的窗口，平均分 配到整個(gè)車輛，或不分配給任何人之間選擇。另外，可以有手動(dòng)選項(xiàng)， 其中致動(dòng)器12和14的激活被暫停以允許對(duì)整個(gè)機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)的個(gè)人通風(fēng) 口進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。
除了使用者輸入以外，通風(fēng)口 10還可以自動(dòng)響應(yīng)來(lái)自與激活裝置
18有效連通的傳感器的輸入。而且，通風(fēng)口和來(lái)自通風(fēng)口的氣流狀態(tài)可
以被選擇性地控制并基于某些預(yù)定的自動(dòng)操作模式啟動(dòng)以響應(yīng)來(lái)自至
少一個(gè)信息源的輸入。信息源可以包括，例如，來(lái)自傳感器的輸入。預(yù)
定操作模式的一些例子可以包括但不限于除霧模式，將空氣重新定向至 機(jī)動(dòng)車輛特定區(qū)域的模式，有害氣體凈化模式，過(guò)渡狀態(tài)后的循環(huán)模式，
這些模式的組合，等等。例如，在機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)，希望具有內(nèi)部車廂溫度 和外部環(huán)境溫度的傳感器。來(lái)自其他安裝在機(jī)動(dòng)車輛上的傳感器的信息 或通過(guò)無(wú)線電通訊從其他車輛或信息源獲得的氣象信息也可以被用于 調(diào)節(jié)車內(nèi)氣流。用這種方式， 一旦達(dá)到預(yù)定的闊值條件，傳感器就能夠
激活針對(duì)特定致動(dòng)器例如在氣候控制系統(tǒng)內(nèi)使用的致動(dòng)器的激活裝置。另外，過(guò)渡溫度時(shí)段(也就是其間溫度條件的變化受到影響的時(shí)段) 可以被以不同于穩(wěn)定狀態(tài)條件的方式處理。作為示例，最靠近乘客的通
風(fēng)口 10能夠分配空氣離開乘客直到氣溫上升到高于設(shè)定水平為止，而
不是在寒冷的早晨當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尚冷時(shí)將冷空氣導(dǎo)向乘客。 一旦已經(jīng)達(dá)到閾
值水平，用于最靠近乘客的通風(fēng)口 10的致動(dòng)器12和14即可被激活且 分配的空氣即可被重新導(dǎo)向駕駛員。可選地，可以使用輔助加熱器以在 發(fā)動(dòng)機(jī)尚冷時(shí)通過(guò)提供快速熱源來(lái)減少對(duì)乘客車廂的升溫時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣可以被阻止流入內(nèi)部車廂直到溫度達(dá)到閾 值水平為止。通風(fēng)口 10內(nèi)的葉片16和19可以位于關(guān)閉位置直到空氣 達(dá)到預(yù)定的最低溫度為止。換句話說(shuō)，活性材料的激活直到達(dá)到預(yù)定的 最低溫度之前都不會(huì)發(fā)生，在達(dá)到預(yù)定的最低溫度時(shí)活性材料經(jīng)歷一種 性質(zhì)的改變，這種改變對(duì)于改變?nèi)~片的朝向是有效的；將葉片從關(guān)閉位 置轉(zhuǎn)換到打開位置。例如，SMA金屬線，其激活溫度等于預(yù)定溫度，對(duì) 偏置彈簧的作用可以被用于實(shí)現(xiàn)以上結(jié)果。SMA金屬線在通風(fēng)口 10內(nèi)的 氣流通道中被暴露給空氣。當(dāng)空氣溫度低于SMA金屬線的激活溫度時(shí)， 偏置彈簧有效以保持通風(fēng)口 10關(guān)閉。在一個(gè)可選實(shí)施例中，循環(huán)系統(tǒng)
的風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)可以被關(guān)閉直到空氣達(dá)到預(yù)定溫度為止。例如，偏置彈 簧可以是有效的以保持?jǐn)嚅_風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)電路的開關(guān)關(guān)閉。SMA金屬線通
過(guò)偏置彈簧產(chǎn)生的作用力在其馬氏體相被預(yù)應(yīng)變。在氣溫上升到激活溫 度(也就是預(yù)定溫度)以上之后，SMA金屬線經(jīng)歷伴隨有預(yù)應(yīng)變恢復(fù)的 相變。SMA金屬線和偏置彈簧被選擇為使得在相變期間產(chǎn)生的作用力足 以克服由偏置彈簧產(chǎn)生的作用力且因此可以被用于打開通風(fēng)口 10,或者 可選地，被用于將斷開風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)電路的開關(guān)打開。
現(xiàn)參照?qǐng)D4，示出了活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口 100的另一個(gè)示范性實(shí) 施例。通風(fēng)口 100有利地包括擋板102，其可凈皮用于在車廂內(nèi)建立起柔 和的空氣循環(huán)而不會(huì)將空氣直接吹向駕駛員或乘客的面部。擋板102可 以是以上公開的通風(fēng)口 10的可選部件，或者可選地，它們可以構(gòu)成獨(dú) 立于雙葉片通風(fēng)口的附加通風(fēng)口。如圖4A所示，活性材料啟動(dòng)的通風(fēng) 口 100與剛性支撐104例如車輛擋泥板有效連通，并被設(shè)置成用于和如 上所述的功能性二元活性材料致動(dòng)器一起發(fā)揮作用。在該特定實(shí)施例 中，將只需要一個(gè)致動(dòng)器(未示出)來(lái)選擇性地定向葉片106。在圖4A 中，通風(fēng)口 100被示出為具有處于打開位置的葉片106而箭頭代表流出通風(fēng)口 IOO的氣流路徑。當(dāng)乘客想要改變氣流方向時(shí)，葉片106可以被 二元活性材料致動(dòng)器關(guān)閉而擋板102被允許從剛性支撐104伸出以向側(cè) 面偏轉(zhuǎn)氣流通道(如圖4B中的箭頭所示)。擋板102可以用多種方法展 開。在一個(gè)實(shí)施例中，擋板102可以是彈簧加載的，以使得在手動(dòng)或電 動(dòng)釋放約束部件例如閂鎖或停止部件(未示出)時(shí)，擋板在彈簧的作用 力下彈出。在這樣的實(shí)施例中，彈簧具有足夠低的硬度以避免在擋板102 展開時(shí)給不小心接觸到通風(fēng)口 IOO的乘客帶來(lái)危險(xiǎn)?？蛇x地，擋板102 可以被設(shè)置為在流過(guò)已關(guān)閉的通風(fēng)口 100的氣壓達(dá)到一定水平時(shí)再展 開。
在通風(fēng)口 100的每一個(gè)實(shí)施例中，擋板都可以通過(guò)簡(jiǎn)單地將其推回 剛性支撐104并重新設(shè)定好約束部件例如重新鎖回?fù)醢?02而^皮手動(dòng)地 返回其默認(rèn)(或收起)位置。可選地，活性材料致動(dòng)器12可以;故用于
抵消氣壓或彈簧負(fù)載以在不需要使用擋板時(shí)將其恢復(fù)到收起位置。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖5，示出了包括擋板152的通風(fēng)口 150的又一個(gè)示范性實(shí) 施例。在本實(shí)施例中，擋板152可以在收到激活信號(hào)時(shí)由SMA金屬線l54 展開。SMA金屬線與擋板152和剛性支撐156有效連通。類似地，擋板 152可以在激活信號(hào)終止時(shí)由與擋板152有效連通的返回彈簧1S8收起。 在操作中，在室溫下為馬氏體的SMA金屬線l54，在乘客想要展開擋板 152時(shí)通過(guò)電阻加熱(電導(dǎo)線未示出)被加熱至其奧氏體狀態(tài)。收到熱 信號(hào)時(shí)，SMA金屬線154在長(zhǎng)度尺寸上收縮。收縮對(duì)于克服由返回彈簧 158產(chǎn)生的約束力并展開擋板152是有效的。在該特定實(shí)施例中，SMA 金屬線154必須在隨后被連續(xù)加熱即使在擋板152被展開之后也要被連 續(xù)加熱以防止SMA金屬線154恢復(fù)到軟的馬氏體狀態(tài)，在馬氏體狀態(tài)下 返回彈簧158將會(huì)拉伸SMA金屬線并將擋板152返回到收起位置。為了 使擋板152即使在熱信號(hào)被從SMA金屬線154去除后仍保持展開，應(yīng)該 使用鎖定機(jī)構(gòu)(未示出)。在需要時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)可以被釋放然后返回彈 簧158即可使擋板152返回到收起位置。為了重復(fù)進(jìn)行，SMA的性質(zhì)， 以及其他適用的活性材料的性質(zhì)，將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)地討論。在另 一個(gè)實(shí)施例中，擋板可以被用于避免將冷空氣直接吹到乘客的面部上直 到空氣到達(dá)預(yù)定溫度位置，如上所述。
如本文中公開的活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口還可以被用于與駕駛員和/ 或乘客之間的視覺(jué)，聽覺(jué)，和觸覺(jué)互動(dòng)?？梢圆僮骰钚圆牧蠁?dòng)的通風(fēng)口以使得氣流量的空間分配，大小(流速和體積)，和時(shí)變，流動(dòng)方向， 以及流動(dòng)氣體的溫度都可以被用于向駕駛員指示(也就是警告，通知， 或以其他方式通信)某種特定的車輛狀態(tài)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，如 果已確定駕駛員正昏昏欲睡(例如，從安裝在車內(nèi)的各種傳感器或通過(guò) 從通訊設(shè)備，機(jī)動(dòng)車輛通信網(wǎng)絡(luò)等獲得的信息推斷確定)，那么一股與 車廂內(nèi)環(huán)境溫度相比具有不同溫度(例如較涼)的穩(wěn)定或脈動(dòng)氣流可以
;陂導(dǎo)向面部，雙手或類似部位以警告駕-駛員。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以 使用來(lái)自適當(dāng)方向的氣流來(lái)警告駕駛員在特定位置(例如在盲點(diǎn))有其 他車輛。例如，如果駕駛員想要切換至右側(cè)的新車道而在駕駛員的盲點(diǎn) 有第二輛機(jī)動(dòng)車，那么來(lái)自活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口的氣流可以從右向左 吹過(guò)駕駛員的面部，雙手或類似部位以提示第二輛機(jī)動(dòng)車的存在。在本 示例中，通風(fēng)口可以在轉(zhuǎn)向指示燈被打開以提醒要切換車道時(shí)由被打開 的激活裝置激活。同樣地，來(lái)自側(cè)面的氣流可以被用于警告駕駛員任何 偏離當(dāng)前車道的行為(例如當(dāng)轉(zhuǎn)向指示燈無(wú)效時(shí))。
能夠經(jīng)歷可感知和可控的性質(zhì)改變以響應(yīng)刺激的材料^皮稱為活性 材料或智能材料。這種改變?cè)诮^大多數(shù)情況下是可逆的，例如，僅去除 刺激或施加相反的刺激即可導(dǎo)致材料性質(zhì)的反向改變?；钚圆牧峡梢越?jīng) 歷改變的性質(zhì)有機(jī)械性質(zhì)例如物理尺寸，彈性模量，粘度等；熱性質(zhì) 例如熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱輻射系數(shù)等；電性質(zhì)例如電阻，電場(chǎng)等；光學(xué)性質(zhì) 例如反射系數(shù)，透射率等；磁性質(zhì)例如磁導(dǎo)率，磁場(chǎng)等。引起活性材料 的一種或多種性質(zhì)改變的刺激可以是機(jī)械刺激例如施加負(fù)栽的改變； 電刺激例如施加電場(chǎng)的改變；熱刺激例如環(huán)境溫度的改變；光學(xué)刺激例 如入射光的波長(zhǎng)的改變；磁刺激例如施加磁場(chǎng)的改變等。活性材料是4艮 好的換能器(也就是將能量從一種形式變?yōu)榱硪环N形式的轉(zhuǎn)換器)，因 為它們表現(xiàn)出在其兩種或多種性質(zhì)之間的強(qiáng)耦合性?；钚圆牧蟽?yōu)異的轉(zhuǎn) 換性能使其非常適合用作傳感器和/或致動(dòng)器。
活性材料的例子包括但不限于，形狀記憶合金("SMA"，例如熱激 活和應(yīng)力激活的形狀記憶合金以及鐵磁形狀記憶合金(FMSMA))，電活 性聚合物("EAP",例如絕緣彈性體，離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料"IPMC")， 壓電材料(例如聚合物，陶瓷)，和形狀記憶聚合物(SMP)，形狀記憶 陶資(SMC)，壓塑性材料，磁流變(MR)材料(例如流體，泡沫材料和 彈性體)，電流變(ER)材料(例如流體，泡沫材料和彈性體)，水凝膠，由上述活性材料和非活性材料構(gòu)成的復(fù)合材料，由至少一種上述活性材 料構(gòu)成的系統(tǒng)，以及包括上述活性材料中的至少一種的組合。
與傳統(tǒng)的機(jī)電式和液壓式的致動(dòng)裝置相比，活性材料致動(dòng)器提供了 對(duì)于降低致動(dòng)器的尺寸，重量，體積，成本，噪音和提高整個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn) 化程度，魯棒性和/或可靠性的可能。致動(dòng)器的尺寸，重量和體積的降 低源于活性材料與傳統(tǒng)致動(dòng)器相比固有的高能量密度?；钚圆牧贤ㄟ^(guò)在 材料層面將能量轉(zhuǎn)化和致動(dòng)作用力的產(chǎn)生相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。某些材 料也可以被用作傳感器從而提供控制致動(dòng)器系統(tǒng)的內(nèi)置裝置。
形狀記憶合金(SMA)是賦予表現(xiàn)出不尋常的能夠被機(jī)械或熱引發(fā) 的應(yīng)變記憶性質(zhì)的合金的通用名稱。這種不尋常性質(zhì)的主要特征在于兩 種被稱為形狀記憶效應(yīng)(SME)和超彈性的熱機(jī)械響應(yīng)。奧氏體，或者 叫SMA內(nèi)的母相，在高于被稱為奧氏體完成溫度(Af )的特征溫度的溫 度下是穩(wěn)定的。在低于馬氏體完成溫度(Mf )的溫度下，SMA存在于被 稱為馬氏體的低模量相。SMA不尋常的熱機(jī)械響應(yīng)有助于在奧氏體相和 馬氏體相之間的可逆，固態(tài)，熱彈性的轉(zhuǎn)換。
其他三個(gè)特征溫度通常被用于鑒別SMA材料的狀態(tài)。當(dāng)SMA樣品4皮 冷卻時(shí)，馬氏體在馬氏體起始溫度(Ms)下開始凝結(jié)；當(dāng)樣品被加熱時(shí)， 馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)換在奧氏體起始溫度(As)下開始。SMA的SME在 低于Mf的溫度下表現(xiàn)得最為突出，而材料必須在溫度高于Af時(shí)才有超 彈性特征。在溫度高于Md時(shí)，SMA失去其特有性質(zhì)并表現(xiàn)為類似于普通 材料。在多種SMA中，這些溫度的關(guān)系如下所示Mf<Ms<As<Af<Md,其 中As是奧氏體起始溫度而Ms是馬氏體起始溫度。這些SMA不失一般性 地將被用于說(shuō)明SMA應(yīng)用用途的示例中。
As和Af之間的范圍通常被稱為馬氏體-奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍，而 Ms和Mf之間的范圍通常被稱作奧氏體-馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍。應(yīng)該注意 到上述的轉(zhuǎn)變溫度是SMA樣品所經(jīng)受應(yīng)力的函數(shù)。通常，這些溫度隨著 應(yīng)力的增加而增加?？紤]到上述性質(zhì)，優(yōu)選在奧氏體起始溫度下或在低 于奧氏體起始溫度的溫度下(在As下或低于As的溫度下)進(jìn)行形狀記 憶合金的變形。最初在低于As的溫度下向SMA材料施加機(jī)械負(fù)栽，馬 氏體材料彈性變形。當(dāng)樣品內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到被稱為馬氏體第一屈服點(diǎn)的關(guān) 鍵應(yīng)力時(shí)，被稱為退孿晶的變形在基本恒定的應(yīng)力下通過(guò)剪式機(jī)構(gòu)發(fā) 生。退孿晶與通過(guò)在SMA的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)滑動(dòng)原子面(孿晶界面)將原子協(xié)同重新排列有關(guān)。盡管每個(gè)原子的位移都很小，但是由于材料內(nèi)所有
或絕大部分原子的協(xié)同動(dòng)作，SMA的整體變形可以很明顯(例如高達(dá)8% 的應(yīng)變和對(duì)絕大多數(shù)金屬而言<1%的應(yīng)變)。與普通金屬(例如Al )內(nèi)的 通過(guò)錯(cuò)位動(dòng)作產(chǎn)生并因此是不可逆的塑性變形不同，馬氏體SMA通過(guò)退 孿晶機(jī)構(gòu)進(jìn)行的變形不包括錯(cuò)位動(dòng)作或?qū)Ψ肿觾?nèi)結(jié)合的破壞。因此，變 形是可逆的。
將變形樣品加熱至高于As的溫度會(huì)引發(fā)馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)換。 馬氏體相可以具有多個(gè)能量平衡的對(duì)應(yīng)于不同的感生應(yīng)變的微觀結(jié)構(gòu)。 相反，奧氏體相只有一個(gè)在馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)換時(shí)恢復(fù)的微觀結(jié)構(gòu)。因 此，該轉(zhuǎn)換導(dǎo)致SMA材料恢復(fù)為制造期間賦予它的初始形態(tài)。換句話說(shuō)， 假塑性的應(yīng)變可以通過(guò)將變形的SMA加熱至高于Af的溫度而完全恢復(fù)。 在馬氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)換完成后將材料冷卻至低于Mf的溫度，不會(huì)導(dǎo) 致任何進(jìn)一步的形變。這種SMA材料在加熱至較高溫度后恢復(fù)在低溫下 產(chǎn)生的明顯塑性變形的現(xiàn)象被稱為形狀記憶效應(yīng)。如果與假塑性變形的 SMA材料內(nèi)馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)換有關(guān)的形態(tài)(例如形狀，尺寸等)改 變被外部施加的作用力/約束所阻止，那么就會(huì)產(chǎn)生明顯的內(nèi)部應(yīng)力以 克服外部作用力/約束。該作用力可以被用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，從而使SMA 材料能夠被用作致動(dòng)器。在較高溫度下對(duì)奧氏體相的恢復(fù)伴隨有很大的 應(yīng)力，該應(yīng)力可以與奧氏體相固有的屈服強(qiáng)度一樣大；這些應(yīng)力有時(shí)能 夠高達(dá)變形的馬氏體相的固有屈服強(qiáng)度的三倍或更多倍。對(duì)于需要大量 操作循環(huán)的應(yīng)用場(chǎng)合，可以獲得小于或等于4。/。左右的所用金屬絲的變形 長(zhǎng)度的應(yīng)變。
在前面的說(shuō)明中，SMA材料在高于Af的溫度具有和未加載的SMA樣 品相關(guān)的特有形態(tài)(形狀，結(jié)構(gòu)，尺寸等)，但是它能夠在低于Mf的溫 度下以多種不同形態(tài)存在。因此，材料只在加熱時(shí)表現(xiàn)出"記憶"，所 以，這種現(xiàn)象被稱為單向SME。熱機(jī)械處理能夠賦予SMA表現(xiàn)出內(nèi)部雙 向形狀記憶效應(yīng)的能力。適當(dāng)處理過(guò)的SMA材料能夠記住兩種形狀，一 種和高于Af的溫度相關(guān)而另一種和低于Mf的溫度相關(guān)。加熱未加載的 這種材料的樣品至高于Af的溫度會(huì)使樣品獲得其高溫形狀，而將其冷 卻至低于Mf的溫度會(huì)使它恢復(fù)到其低溫形狀。目前，表現(xiàn)出單向SME 的SMA已經(jīng)成熟到在多個(gè)商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中使用的程度。相反，表現(xiàn)出雙 向SME (TWSME)的材料仍然處于研發(fā)階段。但是，在很多實(shí)際應(yīng)用中，由SMA制成的部件表現(xiàn)出的內(nèi)部TWSME行為能夠通過(guò)系統(tǒng)被再現(xiàn)，該系 統(tǒng)包括與另一個(gè)4皮稱為偏置部件的部件機(jī)械對(duì)立的由表現(xiàn)出單向SME的 SMA制成的部件。這樣的系統(tǒng)被稱為表現(xiàn)出外部TWSME。在這些系統(tǒng)中， 兩個(gè)部件中的一個(gè)在溫度低于Mf時(shí)支配另一個(gè)，導(dǎo)致用于該系統(tǒng)的一 種形態(tài)(或平衡結(jié)構(gòu))。當(dāng)SMA被加熱至高于其Af時(shí)，SMA部件的硬度 增加，從而將系統(tǒng)的平衡結(jié)構(gòu)改變?yōu)槠涓邷匦螒B(tài)。隨后冷卻SMA部件使 該系統(tǒng)恢復(fù)其低溫形態(tài)。
適合與形狀記憶合金一起使用的激活輸入或信號(hào)是其大小足以導(dǎo) 致馬氏體相和奧氏體相之間轉(zhuǎn)換的熱激活信號(hào)。
很多SMA材料在溫度高于Af時(shí)被加載會(huì)表現(xiàn)出經(jīng)受大幅度的可恢 復(fù)應(yīng)變(高達(dá)8%)的能力。如果SMA材料在其奧氏體相時(shí)承擔(dān)負(fù)栽，那 么它會(huì)開始彈性變形。當(dāng)材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到關(guān)鍵值時(shí)，該關(guān)鍵值低于用 于滑動(dòng)(也就是晶體內(nèi)的錯(cuò)位動(dòng)作)的關(guān)鍵應(yīng)力，就開始進(jìn)行應(yīng)力導(dǎo)致 的奧氏體相到馬氏體相的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換通過(guò)與負(fù)責(zé)馬氏體退孿晶的剪式 機(jī)構(gòu)相類似的剪式機(jī)構(gòu)進(jìn)行。由于馬氏體相在溫度高于Af時(shí)不穩(wěn)定， 因此如果材料在那個(gè)溫度被卸載，反向(也就是奧氏體到馬氏體)轉(zhuǎn)換 會(huì)自然發(fā)生且加載期間引發(fā)的大幅度應(yīng)變能夠被完全恢復(fù)。
材料表現(xiàn)出磁滯也就是說(shuō)在材料響應(yīng)中的加載和卸載路徑并不一 致。如果上迷的加載-卸栽循環(huán)在應(yīng)力和應(yīng)變坐標(biāo)系中用圖像表示，那 么在圖像的加載和卸載支路之間圍出的區(qū)域就代表材料的每個(gè)單位體 積內(nèi)消耗的能量。SMA的超彈性特征與明顯的磁滯有關(guān)，這使得這些材 料適合用于某些耗能應(yīng)用中。
可以通過(guò)合金成分的微小變化和通過(guò)熱-機(jī)械處理來(lái)調(diào)節(jié)特征溫 度。例如在鎳-鈦形狀記憶合金中，Af可以從高于約100"C改變?yōu)?氐于 約-1001C。形狀恢復(fù)過(guò)程可以在僅幾度的范圍內(nèi)發(fā)生或者在更寬的溫度 范圍內(nèi)表現(xiàn)為更為漸進(jìn)式的回復(fù)?？筛鶕?jù)所需的應(yīng)用和合金成分將轉(zhuǎn)換 的開始或結(jié)束溫度控制在幾度之內(nèi)。
示范性的形狀記憶合金材料包括基于鎳-鈦的合金，基于銦-鈦的合 金，基于鎳-鋁的合金，基于鎳-鎵的合金，基于銅的合金(例如銅-鋅 合金，銅-鋁合金，銅-金和銅-錫合金)，基于金-鎘的合金，基于銀-鎘 的合金，基于銦-鎘的合金，基于錳-銅的合金，基于鐵-鉑的合金，基 于鐵-鈀的合金，等等。合金可以是二元合金，三元合金或者任何更高級(jí)別的合金，只要合金成分呈現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)即可，例如在形狀，朝 向，屈服強(qiáng)度，撓曲模量，阻尼容量，超彈性，和/或類似性質(zhì)方面的 變化。對(duì)適當(dāng)?shù)男螤钣洃浐辖鸪煞值倪x擇部分地取決于預(yù)期應(yīng)用的溫度 范圍。
某些鐵磁材料(例如某些Ni-Mn-Ga合金)在承受磁場(chǎng)時(shí)會(huì)經(jīng)歷明 顯的尺寸改變(例如10%的應(yīng)變)。這種尺寸改變通過(guò)用于在部件內(nèi)協(xié)同 重新排列晶體結(jié)構(gòu)的剪式機(jī)構(gòu)(退孿晶)進(jìn)行以使得在該過(guò)程中不會(huì)破 壞分子內(nèi)的結(jié)合。因此，變形是可逆的而且該材料可以通過(guò)施加相反的 磁場(chǎng)或外部作用力恢復(fù)到其未應(yīng)變的形態(tài)。這樣的材料被稱為鐵磁或磁 控形狀記憶合金(F/MSMA )。外部磁場(chǎng)磁化F/MSMA部件并因此引發(fā)其尺 寸改變的能力是將這些材料用作致動(dòng)器的基礎(chǔ)。F/MSMA還表現(xiàn)出反向效 應(yīng)。如果F/MSMA部件在磁場(chǎng)內(nèi)變形，那么該部件的磁化程度改變。這 會(huì)影響磁場(chǎng)和/或F/MSMA的導(dǎo)磁率。因此，F(xiàn)/MSMA還可以被用作傳感器。
一個(gè)典型的F/MSMA致動(dòng)器包括F/MSMA部件，磁芯(通常為鐵磁芯)， 產(chǎn)生致動(dòng)磁場(chǎng)的電流攜帶線圏，以及反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)引起變形的裝置。與 F/MSMA部件的磁場(chǎng)引發(fā)變形相對(duì)立的彈簧被普遍使用以在磁場(chǎng)被關(guān)閉 后將部件回復(fù)到其未致動(dòng)結(jié)構(gòu)。變形的逆轉(zhuǎn)也可以通過(guò)使用與致動(dòng)器線 圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反的永久性感生偏置磁場(chǎng)，通過(guò)將致動(dòng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90度， 通過(guò)利用兩個(gè)對(duì)立的F/MSMA部件等手段實(shí)現(xiàn)。
F/MSMA表現(xiàn)出與熱激活的SMA相關(guān)的形狀記憶效應(yīng)和超彈性。但是， 與熱激活的SMA不同，由F/MSMA內(nèi)的磁場(chǎng)引發(fā)的尺寸改變是在該材料 完全處于馬氏體相時(shí)發(fā)生的。由于沒(méi)有伴隨相變，因此磁激活的F/MSMA 內(nèi)的尺寸改變要大大快于熱激活的SMA內(nèi)的尺寸改變，例如，由于通過(guò) 比較緩慢的冷卻處理所施加的約束，SMA致動(dòng)器通常能夠在0- 10Hz的 范圍內(nèi)進(jìn)行操作，而F/MSMA致動(dòng)器通常能夠在100 - 1000Hz的范圍內(nèi) 操作。F/MSMA公知的具有優(yōu)異的抗疲勞性能。這種材料制成的部件在 108個(gè)循環(huán)之后只表現(xiàn)出很小的退化。
由于F/MSMA有用的特性凈皮局限在馬氏體相，因此它們與熱激活的 SMA相比具有較窄的操作溫度范圍(例如，5M Ni-Mn-Ga可以在-50至 67。C的范圍內(nèi)使用)。盡管F/MSMA能夠產(chǎn)生與由熱激活的SMA產(chǎn)生的應(yīng) 變相當(dāng)?shù)拇蠓葢?yīng)變(例如約6-10%),但是由這些材料生成的最大應(yīng)力 (約1.5Mpa)要小于由熱激活的SMA生成的最大應(yīng)力。因?yàn)樾枰ù艌?chǎng)生成器和磁芯，所以基于F/MSMA的致動(dòng)器與相當(dāng)?shù)臒酳MA致動(dòng)器相 比往往體積更大。
"形狀記憶聚合物"(SMP)通常是指在施加激活信號(hào)后表現(xiàn)出性質(zhì) 例如模量，熱膨脹系數(shù)，透濕性，光學(xué)屬性(例如透射率)，或包括上 述性質(zhì)中的至少一種的組合隨其微觀結(jié)構(gòu)和/或形態(tài)的改變而改變的聚 合材料。形狀記憶聚合物可以是熱響應(yīng)的(也就是屬性的改變是由直接 通過(guò)熱量供給或去除傳輸?shù)?，或間接通過(guò)相當(dāng)于在導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生熱量的 模量水平下激發(fā)高幅振動(dòng)的一定頻率的振動(dòng)傳輸?shù)臒峒せ钚盘?hào)所導(dǎo) 致)，光響應(yīng)的(也就是屬性的改變是由電磁輻射激活信號(hào)所導(dǎo)致)，濕 響應(yīng)的(也就是屬性的改變是由流體激活信號(hào)例如濕度，水蒸氣或水所 導(dǎo)致)，化學(xué)響應(yīng)的(也就是對(duì)環(huán)境中的一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度變 化例如環(huán)境的PH值即氬離子濃度的變化做出響應(yīng))，或者包括上述類型 中的至少一種的組合。
通常，SMP是相離析的共聚物，包括至少兩種可以描述為在SMP內(nèi) 定義不同鏈段的不同單元(例如單體，低聚物，不同種類的或者具有不 同性質(zhì)例如立構(gòu)規(guī)正度的相同種類的離子聚合物)，每種鏈段對(duì)SMP的 整體性質(zhì)貢獻(xiàn)不同。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"鏈段"指的是共聚形成SMP 的相同或相似單體或低聚物單元的嵌段，接枝或序列。每種鏈段可以是 (半)結(jié)晶或無(wú)定形的并且分別具有相應(yīng)熔點(diǎn)或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg )。 術(shù)語(yǔ)"熱轉(zhuǎn)變溫度"在本文中為了方便被用于根據(jù)該鏈段是無(wú)定形鏈段 還是結(jié)晶鏈段來(lái)統(tǒng)稱Tg或熔點(diǎn)。如果SMP包括(n )個(gè)鏈段，就說(shuō)該SMP 具有一個(gè)硬鏈段和(n-1)個(gè)軟鏈段，其中硬鏈段的熱轉(zhuǎn)變溫度高于所 有軟鏈段。因此，該SMP具有(n)個(gè)熱轉(zhuǎn)變溫度。硬鏈段的熱轉(zhuǎn)變溫 度被稱作"最終轉(zhuǎn)變溫度"，而所謂"最軟"鏈段的最低熱轉(zhuǎn)變溫度被 稱作"第一轉(zhuǎn)變溫度"。重要的是，如果SMP具有多個(gè)由相同的熱轉(zhuǎn)變 溫度表征的鏈段，且該溫度也是最終轉(zhuǎn)變溫度，那么就稱該SMP具有多 個(gè)硬鏈段。
當(dāng)SMP被加熱到高于最終轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，該SMP材料能夠凈皮賦予永久 形狀。SMP的永久形狀可以通過(guò)隨后將SMP冷卻至4氐于那個(gè)溫度而^皮固 定或記憶。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"初始形狀"，"原來(lái)定義的形狀"，"預(yù) 定形狀，，和"永久形狀"是同義的且旨在可互換地使用。 一種暫時(shí)形狀 可以通過(guò)將材料加熱至高于所有軟鏈段的熱轉(zhuǎn)變溫度卻低于最終轉(zhuǎn)變溫度的溫度，施加外部應(yīng)力或負(fù)栽以使SMP變形，然后冷卻至軟鏈段的 特定熱轉(zhuǎn)變溫度之下同時(shí)保持變形的外部應(yīng)力或負(fù)載來(lái)加以固定。
永久形狀可以通過(guò)在解除應(yīng)力或負(fù)載時(shí)加熱該材料至軟鏈段的特 定熱轉(zhuǎn)變溫度以上卻低于最終轉(zhuǎn)變溫度來(lái)恢復(fù)。因此，很明顯通過(guò)組合 多種軟鏈段就有可能表現(xiàn)出多種暫時(shí)形狀，而用多種硬鏈段就有可能表 現(xiàn)出多種永久形狀。類似地，使用層壓或復(fù)合技術(shù)，多種SMP的組合將 表現(xiàn)出在多種暫時(shí)形狀和永久形狀之間的轉(zhuǎn)換。
例如，對(duì)于壓塑性材料，高低玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)部件的納米相 域的混合產(chǎn)生的壓力影響形變。壓塑性材料能夠在相對(duì)低溫下被重復(fù)處 理而不會(huì)退化。形狀記憶陶瓷(SMC)類似于SMA但是與其他形狀記憶 材料相比能夠承受高得多的操作溫度。SMC的一個(gè)例子是壓電材料。
形狀記憶材料也可以包括壓電材料。此外，在某些實(shí)施例中，壓電 材料可以被設(shè)置為致動(dòng)器以提供快速展開。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)"壓電" 被用于描述一種材料，在施加電壓電勢(shì)時(shí)，該材料機(jī)械變形(改變形狀)， 或者相反地，在機(jī)械變形時(shí)產(chǎn)生電荷。壓電材料在承受施加的電壓時(shí)表 現(xiàn)出纟艮小的尺寸變化，該響應(yīng)與施加的電場(chǎng)強(qiáng)度成比例且非常迅速(能 夠很容易地達(dá)到千赫范圍)。因?yàn)槠涑叽缱兓苄?例如小于0.1%)，所 以為了大幅度增加尺寸變化的大小，壓電材料通常以被構(gòu)造為在施加相 對(duì)小的電壓時(shí)可彎成凹形或凸形的壓電陶瓷單壓電晶片和雙壓電晶片 的平片式致動(dòng)器的形式使用。這種晶片在固定架襯管內(nèi)的變形和彎曲適 合用于抓取/釋放目標(biāo)物體。
一種類型的單壓電晶片是外部粘合至柔性金屬箔或條帶的單個(gè)壓 電元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，柔性金屬箔或條帶在用變化的電壓激活時(shí)被壓電元 件刺激并由于其對(duì)抗壓電元件的移動(dòng)而導(dǎo)致軸向的翹曲或撓曲。單壓電 晶片的致動(dòng)器動(dòng)作可以通過(guò)收縮或膨脹進(jìn)行。單壓電晶片可以表現(xiàn)出高 達(dá)約10%的應(yīng)變，但通常只能承受相對(duì)于單壓電晶片結(jié)構(gòu)的整體尺寸而 言較低的負(fù)荷。
與單壓電晶片壓電設(shè)備相反，雙壓電晶片設(shè)備包括夾在兩個(gè)壓電元 件之間的中間柔性金屬箔。因?yàn)樵谒┘拥碾妷合乱粋€(gè)陶瓷元件會(huì)收縮 而另一個(gè)則會(huì)膨脹，所以雙壓電晶片表現(xiàn)出比單壓電晶片更大的位移。 雙壓電晶片可以表現(xiàn)出高達(dá)約20%的應(yīng)變，但類似于單壓電晶片，通常
不能承受相對(duì)于單壓電晶片結(jié)構(gòu)的整體尺寸而言的高負(fù)荷。示范性的壓電材料包括無(wú)機(jī)化合物，有機(jī)化合物和金屬。對(duì)于有機(jī) 材料而言，具有非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)和在分子內(nèi)的主鏈或側(cè)鏈或既在主鏈又 在側(cè)鏈上具有大偶極矩基團(tuán)的所有聚合物材料都可以被用作壓電薄膜
的候選材料。聚合物的實(shí)例包括，但不限于，聚(4-苯乙烯磺酸鈉) ("PSS")，聚S-119(聚(乙烯胺)主鏈偶氮生色團(tuán))，及其衍生物；多 氟烴，包括聚偏l，l-二氟乙烯("PVDF，，)，其共聚物l，l-二氟乙烯 ("VDF，，)，三氟乙烯(TrFE)，及其衍生物；多氯烴，包括聚(氯乙烯) ("PVC，，)，聚偏1, l-二氯乙烯("PVC2"),及其衍生物;聚丙烯腈("PAN"), 及其衍生物；聚羧酸類，包括聚(甲基丙烯酸("PMA"))，及其衍生物； 聚脲及其衍生物；聚氨酯("PUE")及其衍生物；生物高分子例如聚-L-乳酸類及其衍生物，和膜蛋白質(zhì)，以及磷酸鹽生物分子；聚苯胺及其衍 生物，以及全部四胺衍生物；聚酰亞胺，包^舌Kapton⑧分子和聚醚酰亞 胺("PEI")，及其衍生物；所有的膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮) ("PVP，，)均聚物，及其衍生物，和無(wú)規(guī)PVP-共乙酸乙烯酯("PVAc") 共聚物；和所有在主鏈或側(cè)鏈或既在主鏈又在側(cè)鏈上具有偶極矩基團(tuán)的 芳香族聚合物，以及包括上述聚合物中的至少一種的組合。
進(jìn)一步地，壓電材料可包括Pt, Pd， Ni, T， Cr， Fe， Ag, Au， Cu，
和包括上述金屬中的至少一種的金屬合金，以及包括上述材料中的至少 一種的組合。這些壓電材料還可以包括，例如金屬氧化物，如Si02, A1203, Zr02， Ti02， SrTi03， PbTiO" BaTi03， Fe03， Fe304， Zn0，和包括上述材 料中的至少一種的組合；以及VIA和IIB族化合物，例如CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe2， ZnSe， GaP， InP， ZnS，和包括上迷材料中的至少一種 的組合。
MR流體是一種智能材料，施加磁場(chǎng)時(shí)它的流變性能可以快速改變。 (例如在數(shù)毫秒內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)幾百個(gè)百分點(diǎn)的性質(zhì)改變)，使其非常適合 于鎖定(約束)或者允許外形/形變通過(guò)它們剪切強(qiáng)度的明顯變化而松 弛，這樣的變化在本文介紹的實(shí)施例中用于目標(biāo)的抓取和釋放是^f艮有用 的。示范性的形狀記憶材料還包括磁流變(MR)和ER聚合物。MR聚合 物是微米級(jí)的可磁性極化的粒子(例如，如下所述的鐵磁或順磁例子) 在聚合物(例如熱固性彈性聚合物或橡膠)中的懸浮體。示范性的共聚 物基體包括聚-oc-烯烴，天然橡膠，硅樹脂，聚丁二烯，聚乙烯，聚異 戊二烯，和包括上述材料中的至少一種的組合。通過(guò)變化所施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度，由改變剪切和抗壓/張力模量來(lái)獲得
聚合物結(jié)構(gòu)的硬度和潛在形狀。MR聚合物通常在暴露于磁場(chǎng)中僅僅幾毫 秒時(shí)就形成其結(jié)構(gòu)，其硬度和形狀的改變與所施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度成比例。 中斷MR聚合物在磁場(chǎng)中的暴露會(huì)使該過(guò)程逆轉(zhuǎn)并將該聚合物返回到其 較低的模量狀態(tài)。但是，用于產(chǎn)生施加場(chǎng)的線團(tuán)的封裝造成了挑戰(zhàn)性。 MR流體表現(xiàn)出與施加磁場(chǎng)的大小成比例的剪切強(qiáng)度，其中在數(shù)毫秒
內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)幾百個(gè)百分點(diǎn)的性質(zhì)改變。盡管這些材料還面臨封裝需要用 于產(chǎn)生施加場(chǎng)的線圏的問(wèn)題，但是它們還是可以被用作鎖定或釋放機(jī) 構(gòu)，例如用于基于彈簧的抓取/釋放。
合適的MR流體材料包括在載液中分布的鐵磁或者順磁顆粒，例如 占大約5.0體積百分比(vol%)到大約50voP/。的量，取決于MR復(fù)合材 料的總體積。合適的顆粒包括鐵；鐵氧化物(包括Fe力3和Fe304 );鐵氮 化物；鐵碳化物；碳?；F；鎳；鈷；鉻氧化物；以及包括至少一種上 述材料的組合；例如鎳合金，鈷合金；鐵合金例如不銹鋼，硅鋼，以 及其它包括鋁，硅，鈷，鎳，釩，鉬，鉻，鎢，錳和/或者銅的鐵合金。
顆粒的大小可以被選擇為使這些顆粒在承受磁場(chǎng)時(shí)表現(xiàn)出多磁場(chǎng) 區(qū)域特性。顆粒直徑(例如沿著顆粒的主軸測(cè)量)可以小于或者等于 IOOO微米(pm)(例如從大約0. 1微米到1000微米)，更具體地大約 0. 5到500微米，或者更具體地大約IO到IOO微米。
載液的粘度可以小于或等于100， 000厘泊(cPs)(例如從大約lcPs 到大約100， OOOcPs ),或者更具體地從大約"OcPs到大約10， OOOcPs， 或者甚至更具體地從大約500cPs到大約1， OOOcPs?？尚械妮d液(例如， 載液流體)包括有機(jī)流體，特別是無(wú)極性有機(jī)流體。示例包括油(例如 硅油，礦物油，石蠟油，白油，液壓油，變壓器油和合成烴類油(例如 不飽和的和/或飽和的)；由化有機(jī)流體(例如氯代烴，面化石蠟，全氟 聚醚和氟化烴)；雙酯；聚氧化烯；硅樹脂(例如氟化硅樹脂)；氰烷 基硅氧烷；乙二醇；以及包括至少上述一種載液的組合。
水載液也可以被使用，特別是那些包括親水礦物粘土例如膨潤(rùn)土或 者鋰鬼石的水栽液。水載液可以含水或者水包括極性，混水有機(jī)溶劑(例 如甲醇，乙醇，丙醇，二甲基亞砜，二甲基甲酰胺，碳酸乙烯酯，碳 酸丙烯酯，丙酮，四氫呋喃，乙醚，乙二醇，丙二醇等)，以及包4舌至 少一種上述載液的組合。極性有機(jī)溶劑在載液內(nèi)的量基于MR流體的總體積可以小于等于大約5. Ovoiy,(例如，大約0. lvolW到大約5. Ovol%),或者更具體地大約為1. Ovol。/。到大約3. Ovol%。水載液的pH值小于或者等于13 (例如大約5.0到大約13)或者更具體地大約8. 0到大約9.0。
當(dāng)水載液包括天然和/或膨潤(rùn)土和/或鋰皂石，在MR流體中粘土的量(膨潤(rùn)土或者鋰皂石)基于MR流體的總重量可以小于或者等于大約重量的10%(wt%)，或者更具體地大約0. lwt。/。到8. Owt%,或者更具體地大約1. Owty。到6. Owt%，或者甚至更具體地大約2. Ow"/。到6. Owt%。
在MR流體中可選的成分包括粘土 (例如有機(jī)粘土)，羧酸肥皂，分散劑，緩蝕劑，潤(rùn)滑劑，抗磨添加劑，抗氧化劑，觸變劑，和/或懸浮劑。羧酸肥急包括油酸亞鐵，環(huán)烷酸亞鐵，硬脂酸亞鐵，二和三硬脂酸鋁，硬脂酸鋰，硬脂酸鈣，硬脂酸鋅，和/或硬脂酸納；表面活性劑(例如磺酸鹽，磷酸酯，硬脂酸，油酸甘油酯，失水山梨醇倍半油酸酯，月桂酸鹽類，脂肪酸，脂肪醇，氟脂肪聚酯)；偶聯(lián)劑(例如鈦酸鹽，鋁酸鹽，和鋯酸鹽)；以及包括至少上述一種的組合。也可以包括聚烷撐二醇，例如聚乙二醇，和部分酯化多元醇。
電流變流體(ER)和MR流體類似地在經(jīng)受施加場(chǎng)時(shí)，在此情況下是電壓而不是磁場(chǎng)，表現(xiàn)出剪切強(qiáng)度的改變。響應(yīng)是快速的并與施加場(chǎng)的強(qiáng)度成比例。但是，比MR流體的響應(yīng)d、一個(gè)數(shù)量級(jí)并且通常需要幾千伏的高壓。
電活性聚合物(EAP)是一對(duì)電極和低彈性模量介電材料的中間層的層壓板。在電極之間施加電壓擠壓中間層使其在平面內(nèi)膨脹。它們表現(xiàn)出與所施加的場(chǎng)成比例的響應(yīng)并能夠在高頻下被致動(dòng)。EAP變形層壓板已經(jīng)過(guò)論證。它們的主要缺點(diǎn)是它們需要施加的電壓大約比壓電材料所需施加電壓要大三倍。
電活性聚合物包括那些響應(yīng)于電場(chǎng)或力學(xué)場(chǎng)而表現(xiàn)出壓電，熱電或電致伸縮性質(zhì)的聚合物材料。電致伸縮接枝彈性體的實(shí)例是壓電聚(亞乙烯基氟化物-三氟代乙烯)的共聚物。該組合物具有能夠產(chǎn)生變化量的鐵電-電致伸縮分子復(fù)合體系的能力。
適于用作電活性聚合物的材料可以包括響應(yīng)于靜電力而產(chǎn)生變形或者所產(chǎn)生的變形導(dǎo)致電場(chǎng)產(chǎn)生變化的任何基本絕緣的聚合物和/或橡膠。適于用作預(yù)應(yīng)變聚合物的示范性材料包括硅酮彈性體，丙烯酸彈性體，聚氨酯，熱塑性彈性體，包括PVDF的共聚物，壓敏膠粘劑，含氟彈性體，包括硅酮和丙烯酸基團(tuán)的聚合物(例如，包括硅酮和丙烯酸基團(tuán)的共聚物，包括硅酮彈性體和丙烯酸彈性體的共混聚合物等)。
可以基于一種或多種材料性質(zhì)例如高的電擊穿強(qiáng)度，低的彈性模量(例如對(duì)于大變形或小變形而言)，高介電常數(shù)等來(lái)選擇被用作電活性聚合物的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，聚合物可被選擇為使其具有小于或等
于大約100Mpa的彈性模量。在另一個(gè)實(shí)施例中，聚合物可被選擇為使其具有大約0. 05兆帕(Mpa)到大約10Mpa的最大致動(dòng)壓力，或更具體地，具有大約0. 3Mpa至大約3Mpa的最大致動(dòng)壓力。在另 一個(gè)實(shí)施例中，聚合物可被選擇為使其具有大約為2和大約為20的介電常數(shù)，或更具體地，具有大約為2.5和大約為12的介電常數(shù)。本公開不應(yīng)理解為受限于這些范圍。理想地，如果材料既具有高介電常數(shù)又具有高介電強(qiáng)度，那么具有比上述給出的范圍更高的介電常數(shù)的材料將是所希望的。在4艮多情況下，電活性聚合物可以被制作和實(shí)施為薄膜，例如具有小于或等于50微米的厚度。
電活性聚合物會(huì)在高應(yīng)變下偏斜，因此連接到聚合物上的電極也能夠偏斜而不會(huì)有損于機(jī)械或電性能。通常，適于使用的電極可以是任何形狀和材料，只要它們能夠?qū)⑦m當(dāng)?shù)碾妷禾峁┙o電活性聚合物或者從電活性聚合物接收適當(dāng)?shù)碾妷杭纯?。電壓可以是常?shù)或者也可以隨時(shí)間變化。在一個(gè)實(shí)施例中，電極附著到聚合物的表面。附著到聚合物上的電極可以是適應(yīng)性的并符合聚合物變化的形狀。電極可以僅僅凈皮施加到聚合物的一部分上并根據(jù)其幾何形狀限定出活性區(qū)域。各種類型的電極包括由金屬跡線和電荷分布層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化電極，由超出平面尺寸變化的傳導(dǎo)性油脂(例如碳油脂和銀油脂)構(gòu)成的網(wǎng)狀電極，膠狀懸浮物，高縱橫比的傳導(dǎo)性材料(例如碳纖維和碳納米管，與離子傳導(dǎo)性材料的混合物)，以及包括上述材料中的至少一種的組合。
示范性的電極材料可以包括石墨，碳黑，膠體懸浮物，金屬(包括銀和金)，充填凝膠和聚合物(例如充填銀和充填碳的凝膠和聚合物)，和離子或電子傳導(dǎo)性聚合物，以及包括上述材料中的至少一種的組合。應(yīng)該理解某種電極材料可能對(duì)于特定的聚合物而言運(yùn)行良好但對(duì)其他聚合物則運(yùn)行地不那么良好。作為示例，碳纖維對(duì)于丙烯酸彈性體聚合物而言運(yùn)行良好但對(duì)于硅酮聚合物則運(yùn)行地不那么良好。
磁致伸縮是固體在經(jīng)受外部磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生較大機(jī)械變形的現(xiàn)象。這種磁致伸縮現(xiàn)象歸因于材料內(nèi)小磁疇的旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)在材料未暴露于磁場(chǎng)中時(shí)是隨機(jī)朝向的。這種形狀的改變?cè)阼F磁體或鐵磁固體中最大。這些材料具有非?？焖俚捻憫?yīng)能力，和與所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例的應(yīng)變，并且它們?cè)谌コ艌?chǎng)后返回其起始尺寸。但是，這些材料具有的最
大應(yīng)變僅為大約o. r/。到大約o. 2%。
電致伸縮材料在操作上類似于磁致伸縮材料，其修改在于它們響應(yīng)
施加的電場(chǎng)而經(jīng)歷機(jī)械應(yīng)變。鈮鎂酸鉛(PMN)類化合物是電致伸縮材料
的一個(gè)例子。
活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口的應(yīng)用和功能性將決定哪種活性材料最適合于特定的通風(fēng)口。例如作用力，位移，致動(dòng)時(shí)間等因素可以被用于確定哪種類型的活性材料最為適合。例如，在需要大約1秒或更長(zhǎng)的激活
時(shí)間的應(yīng)用中，SMA或SMP可能是適合的。在需要較短激活時(shí)間的應(yīng)用中，可以使用FMSMA， EAP或MR彈性體。
如上所述，如本文中所公開的空氣通風(fēng)口有利地使用活性材料以可逆地控制流過(guò)例如機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣的流量，方向，空間流動(dòng)模式分配和溫度?；钚圆牧蠁?dòng)的通風(fēng)口重量輕并且固有魯棒性。而且，活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口還成本低并可輕易地進(jìn)行適應(yīng)設(shè)計(jì)，只需有限改動(dòng)即可被裝入現(xiàn)有的車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)中并且可以和現(xiàn)有的手動(dòng)操作通風(fēng)系統(tǒng)一起使用。機(jī)動(dòng)車通風(fēng)系統(tǒng)可以完全由活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口構(gòu)成或者可以將僅僅幾個(gè)活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口與手動(dòng)操作的通風(fēng)口一起使用。例如，當(dāng)活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口被用于觸覺(jué)互動(dòng)時(shí)，通風(fēng)口不局限于現(xiàn)有的通風(fēng)口 ，而是可以使用另外的通風(fēng)口用于觸覺(jué)互動(dòng)的特定目的。但是，無(wú)論通風(fēng)系統(tǒng)如何布置，每個(gè)活性材料啟動(dòng)的通風(fēng)口都可以被自動(dòng)控制以增加便利性和減少駕駛員和/或乘客的分神。
盡管已經(jīng)參考示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解可以進(jìn)行各種變化并且可以用等價(jià)物代替其中的部件而并不背離本發(fā)明的范圍。另外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以進(jìn)行4艮多修改以適應(yīng)特定的情況或者材料而并不背離其實(shí)質(zhì)范圍。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明不但不局限于為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而作為最佳方式公開的特定實(shí)施例，而且本發(fā)明應(yīng)該包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種通風(fēng)口，包括設(shè)置成用于空間移動(dòng)的葉片；和與所述葉片有效連通的設(shè)置成用于沿至少一個(gè)方向空間移動(dòng)所述葉片的至少一個(gè)致動(dòng)器，其中所述致動(dòng)器包括設(shè)置成用于在收到激活信號(hào)時(shí)經(jīng)歷至少一種性質(zhì)的改變的活性材料，其中所述至少一種性質(zhì)的改變對(duì)于選擇性地改變所述葉片的朝向是有效的。
2、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，其中所述至少一種性質(zhì)的改變包 括晶體結(jié)構(gòu)，材料形態(tài)，形狀，尺寸，物相，形狀朝向，模量，硬度， 或者包括上述性質(zhì)中的至少一種的組合的改變。
3、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，其中所述激活信號(hào)包括熱激活信 號(hào)，電激活信號(hào)，磁激活信號(hào)，化學(xué)激活信號(hào)，光學(xué)激活信號(hào)，電磁激 活信號(hào)，振動(dòng)激活信號(hào)，聲音激活信號(hào)，機(jī)械負(fù)載，或者包括上述激活 信號(hào)中的至少一種的組合。
4、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，進(jìn)一步包括設(shè)置成用于給所述活性材料提供所述激活信號(hào)的激活裝置。
5、 如權(quán)利要求4所述的通風(fēng)口，其中所述激活裝置與設(shè)置成用于在檢測(cè)到預(yù)定臨界狀態(tài)時(shí)激活所述激活裝置的至少一個(gè)傳感器有效連 通。
6、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，其中所述致動(dòng)器是可手動(dòng)超控的。
7、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，其中所述至少一個(gè)致動(dòng)器包括對(duì) 立設(shè)置的兩組子致動(dòng)器，每組子致動(dòng)器都包括設(shè)置成用于在收到激活信 號(hào)時(shí)經(jīng)歷至少一種性質(zhì)的改變的活性材料，其中所述至少一種性質(zhì)的改 變對(duì)于沿兩個(gè)方向選擇性地移動(dòng)所述對(duì)立設(shè)置的兩組子致動(dòng)器中的每 一組是有效的。
8、 如權(quán)利要求7所述的通風(fēng)口，其中所述對(duì)立設(shè)置的兩組子致動(dòng) 器中的每一組都包括兩個(gè)或多個(gè)二元子致動(dòng)器，其中所述兩個(gè)或多個(gè)二 元子致動(dòng)器是串聯(lián)機(jī)械連通的，并且其中所述對(duì)立設(shè)置的子致動(dòng)器組沿 所述兩個(gè)方向的移動(dòng)對(duì)于移動(dòng)串聯(lián)的所述兩個(gè)或多個(gè)二元子致動(dòng)器和沿三個(gè)或更多個(gè)方向選擇性地移動(dòng)所述葉片是有效的。
9、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，進(jìn)一步包括與所述活性材料有效 連通的設(shè)置成用于防止所述活性材料過(guò)載和/或過(guò)度應(yīng)變，并用于提供 所述活性材料的行程長(zhǎng)度調(diào)節(jié)的行程調(diào)節(jié)器。
10、 如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)口，進(jìn)一步包括與所述葉片和所述致 動(dòng)器有效連通的擋板。
11、 如權(quán)利要求IO所述的通風(fēng)口，其中所述擋板包括活性材料。
12、 一種用于控制機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)氣流狀態(tài)的方法，包括激活與設(shè)置成用于空間移動(dòng)的葉片有效連通的致動(dòng)器內(nèi)的活性材 料，其中所迷活性材料被設(shè)置成用于在收到激活信號(hào)時(shí)經(jīng)歷至少一種性 質(zhì)的改變，其中所述至少一種性質(zhì)的改變對(duì)于選擇性地改變所述葉片的 朝向是有效的；和改變所迷葉片的朝向。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中改變所述葉片的朝向?qū)τ诟?變氣流的方向，體積，空間分配模式，溫度，速度，或者包括上述氣流 狀態(tài)中的至少一種的組合是有效的。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述氣流狀態(tài)的改變對(duì)于通過(guò)視覺(jué)指示，聽覺(jué)指示，觸覺(jué)指示，或者包括上述指示中的至少一種的 組合向乘客指示具體的機(jī)動(dòng)車輛狀態(tài)是有效的。
15、 如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括基于預(yù)定的自動(dòng)操作 模式控制所述葉片的朝向以響應(yīng)來(lái)自至少一個(gè)信息源的輸入。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述預(yù)定的自動(dòng)操作模式包 括除霧模式，將空氣重新定向至所述機(jī)動(dòng)車輛特定區(qū)域的模式，有害氣 體凈化模式，過(guò)渡狀態(tài)后的循環(huán)模式，或者包括上述模式中的至少一種 的組合。
17、 如權(quán)利要求12所迷的方法，其中改變所述氣流的方向包括在 過(guò)渡溫度時(shí)段期間引導(dǎo)所述氣流遠(yuǎn)離乘客。
18、 如權(quán)利要求12所迷的方法，其中激活所述活性材料包括達(dá)到 預(yù)定的最低氣溫以及其中改變所述葉片的朝向包括將所述葉片從關(guān)閉 位置轉(zhuǎn)換到打開位置。
19、 一種用于機(jī)動(dòng)車輛通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)口，包4舌 設(shè)置成用于空間移動(dòng)的至少一個(gè)葉片；與所述至少一個(gè)葉片有效連通并設(shè)置成用于沿多個(gè)方向空間移動(dòng) 所述葉片的至少一個(gè)致動(dòng)器，其中所迷致動(dòng)器包括設(shè)置成用于在收到熱 信號(hào)時(shí)經(jīng)歷長(zhǎng)度尺寸收縮的至少一個(gè)形狀記憶合金部件，其中所述長(zhǎng)度尺寸的收縮對(duì)于選擇性地改變一個(gè)或多個(gè)葉片的朝向是有效的；與所述形狀記憶合金有效連通的設(shè)置成用于防止所述形狀記憶合 金過(guò)度應(yīng)變的行程調(diào)節(jié)器；與所述葉片和所迷致動(dòng)器有效連通的擋板，其中所述擋板包括第二 形狀記憶合金和返回機(jī)構(gòu)，其中所述第二形狀記憶合金被設(shè)置成用于在 收到第二熱信號(hào)時(shí)經(jīng)歷長(zhǎng)度尺寸的收縮，其中所述長(zhǎng)度尺寸的收縮對(duì)于 將所述擋板從收起位置轉(zhuǎn)換到展開位置是有效的，而所述返回機(jī)構(gòu)被設(shè)置成用于將所述擋板送回到所述收起位置；和激活裝置，設(shè)置成用于提供選定的所述第一和/或第二熱信號(hào)。
20、如權(quán)利要求19所述的通風(fēng)口，進(jìn)一步包括與所述活性材料有效連通的的控制器，設(shè)置成用于控制選定的所述致動(dòng)器和/或第二作用部件。全文摘要
一種通風(fēng)口，包括設(shè)置成用于空間移動(dòng)的葉片，和與葉片有效連通的設(shè)置成用于沿至少一個(gè)方向空間移動(dòng)葉片的至少一個(gè)致動(dòng)器，其中致動(dòng)器包括設(shè)置成用于在收到激活信號(hào)時(shí)經(jīng)歷至少一種性質(zhì)的改變的活性材料，其中至少一種性質(zhì)的改變對(duì)于選擇性地改變?nèi)~片的朝向是有效的。
文檔編號(hào)B60H1/34GK101460325SQ200780020446
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者A·L·布勞恩, J·R·斯彭尼, J·喬伊科夫斯基, J·布盧姆斯伯, N·D·曼凱姆, N·L·約翰遜, N·帕森斯, P·W·亞歷山大, R·斯蒂芬森, X·高 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司